Was ist ein Kondensator und wofür ist er?

Definition

Das Wort Kondensator kommt aus dem Lateinischen "condensatio", was übersetzt "Akkumulation" bedeutet. In der Physik wird dieser Begriff verwendet, um eine ganze Nische elektrischer Produkte zu beschreiben, deren Zweck darin besteht, als Energiespeicher zu arbeiten. Die Menge der gespeicherten Energie hängt von der Kapazität und dem Quadrat der Spannung auf den Platten ab, geteilt durch 2. Außerdem fließt der Strom nur während des Ladevorgangs durch sie. Aber das Wichtigste zuerst.

E = (CU²)/2

In einfachen Worten ist ein Kondensator ein Gerät, in dem Energie gespeichert werden kann elektrisches Feld. In der einfachsten Version besteht es aus zwei Leitern (Platten), die durch ein Dielektrikum getrennt sind. In der folgenden Abbildung sehen Sie ein vereinfachtes Diagramm des externen Geräts eines Flachkondensators. Das Symbol auf dem Diagramm steht für 2 Merkmale mit einer Höhe von 8 mm und einem Abstand von 1,5 mm voneinander.

Arbeitsprinzip

Nachdem wir nun wissen, wie dieses Element in den Diagrammen angegeben ist, müssen wir das Funktionsprinzip des Kondensators berücksichtigen. Wenn die Kondensatorplatten an eine Stromquelle angeschlossen sind, strömen die elektrischen Ladungen von den positiven und negativen Anschlüssen des IP zu den Platten und sammeln sich auf diesen an.

Der elektrische Strom wird nach dem Laden des Kondensators auf die Nennkapazität unterbrochen, da sich zwischen den Platten eine dielektrische Schicht befindet, die nicht kontinuierlich fließen kann. Wenn die Stromquelle ausgeschaltet wird, verbleiben Ladungen am Kondensator, was bedeutet, dass die Spannung an seinen Anschlüssen erhalten bleibt.

Die auf jeder der Platten angesammelten Ladungen sind entgegengesetzt. Dementsprechend ist die Abdeckung, die mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden war, positiv geladen, und die Abdeckung, die mit dem Minuspol verbunden ist, ist negativ. Das Funktionsprinzip dieses Produkts basiert auf der Anziehung entgegengesetzter Ladungen in einem Stromkreis.

Mit einfachen Worten, der Kondensator spart die Energie, die von der Stromquelle übertragen wurde - dies ist sein Zweck. In der Praxis gibt es jedoch eine Vielzahl von Verlusten und Lecks.

Interessant! Die Leiden Bank ist ein Prototyp moderner Kondensatoren, der 1745 geboren wurde. Dieses Gerät war in der Lage, Energie zu sammeln und Funken zu extrahieren, wenn seine Platten geschlossen wurden. Aussehen und Design sehen Sie unten.

In der folgenden Abbildung sehen Sie den Aufbau des einfachsten Flachkondensators - zwei durch ein Dielektrikum getrennte Platten:

Da die Kapazität direkt proportional zur Fläche der Platten und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen ist, entwickelten die Ingenieure eine Reihe anderer Arten von Kondensatoren, um die Kapazität zu erhöhen.Zum Beispiel gewickelte Spiralplatten - so wurde ihre Fläche bei gleichen Gesamtabmessungen um ein Vielfaches größer, ebenso wie zylindrische und kugelförmige Lösungen.

Eines der Schaltgesetze besagt, dass sich die Spannung an den Kondensatorplatten nicht abrupt ändern kann, wie die folgende Miniatur zeigt.

Spezies

Kondensatoren können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden.

Durch Kapazitätskonstanz:

• Dauerhaft.
• Variablen Ihre Kapazität kann entweder manuell vom Bediener (Benutzer) des Geräts oder unter dem Einfluss von Spannung (wie bei Varicaps und Varicondas) geändert werden.

Durch die Polarität der angelegten Spannung:

• Unpolar - kann in Wechselstromkreisen arbeiten.
• Polar - Wenn eine Spannung mit falscher Polarität angeschlossen ist, fallen sie aus.

Je nachdem, wo diese Komponenten verwendet werden, unterscheiden sich verschiedene Optionen nach Material:

• Papier und Metall - diese sind vielen gemeinsam, in der Sowjetzeit übliche Kondensatoren in Form von rechteckigen Ziegeln mit Markierungen wie "MBHCH". Das Aussehen dieser Art von Kondensatoren sehen Sie unten. Sie sind unpolar.
• Keramik - Sie filtern häufig hochfrequentes Rauschen und die relative Permittivität ermöglicht es Ihnen, mehrschichtige Komponenten mit einer Kapazität herzustellen, die mit Elektrolyten vergleichbar ist (teuer) und nicht polaritätsempfindlich ist.
• Film - verteilt in Form von braunen Pads, kostengünstig, werden überall verwendet. Gekennzeichnet durch geringen Leckstrom, geringe Kapazität, hohe Betriebsspannung und Unempfindlichkeit gegenüber der Polarität der angelegten Spannung.
• Mit einem Luftdielektrikum. Das beste Beispiel für ein solches Element ist der Abstimmkondensator des Resonanzkreises vom Funkempfänger, die Kapazität solcher Elemente ist gering, aber es ist zweckmäßig, seine Änderung zu realisieren.
• Elektrolytisch - dies sind Elemente in Form von Fässern. Sie werden meistens als Filter für Netzwerkpulsationen in der Stromversorgung installiert. Das Design und das Funktionsprinzip ermöglichen es, eine große Kapazität mit einer kleinen Größe zu erhalten, aber im Laufe der Zeit können sie austrocknen, Kapazität verlieren oder anschwellen. Wie diese Produkte in gutem Zustand aussehen, sehen Sie unten. Als Dielektrikum wird eine dünne Schicht aus Metalloxid verwendet. Wenn das Netzteil Kondensatoren mit einem Dielektrikum von AL verwendet₂O.₃ - so genannt "Aluminiumelektrolyte", dann für Arbeiten in Hochfrequenzkreisen - Tantal (Ta₂0₅ - Sie gelten auch für Elektrolytkondensatoren, da sie im Gegensatz zu früheren Aluminiumkondensatoren einen geringeren Leckstrom und eine höhere Beständigkeit gegen äußere Einflüsse aufweisen.
• Polymer - kann großen gepulsten Strömen standhalten und arbeitet bei niedrigen Temperaturen

Schlüsselspezifikationen

Wenn Sie ein elektronisches Gerät reparieren oder entwickeln, müssen Sie einen geeigneten Kondensator auswählen, um den ausgefallenen zu ersetzen. Dazu müssen Sie sich mit den wichtigsten technischen Eigenschaften des Kondensators vertraut machen, von denen sein Betrieb im Stromkreis abhängt.

Nennkapazität. Es kennzeichnet den Hauptzweck der Komponente - welche Art von Ladung sie speichern kann. Das Hauptmerkmal wird in Farad [f] gemessen. Eine solche Maßeinheit ist jedoch zu groß, daher werden Anteile verwendet:

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Mikrofarad, Mikrofarad - 0,000 001 F (10^-6);
• Nanofaraden, nF - 0 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

Die Nennspannung ist die Spannung, bei der garantiert werden kann, dass der Kondensator im normalen Modus arbeitet. Wenn dieser Wert überschritten wird, ist ein Ausfall des Dielektrikums sehr wahrscheinlich. Sie kann aus Volteinheiten (für Elektrolyte) und bis zu Tausenden Volt (Folie und Keramik) bestehen. Bei der Reparatur sollte dieser Wert nicht niedriger sein als der eines ausgefallenen, höher - es ist möglich!

Abweichungstoleranz - Wie stark kann die tatsächliche Kapazität von der angegebenen Nennkapazität abweichen? Es kann 20-30% erreichen, es gibt aber auch hochpräzise Modelle mit einer Toleranz von bis zu 1% - für den Einsatz in Schaltkreisen, in denen besondere Genauigkeit erforderlich ist.

Temperaturkoeffizient der Kapazität - dieser Parameter ist wichtig für Elektrolyte. Wenn bei Aluminiumkondensatoren die Temperatur abnimmt, nimmt die Kapazität ab und der spezifische elektrische Widerstand nimmt zu (in ESR).

ESR - äquivalenter Serienwiderstand, ist auch für Elektrolyte wichtig. In einfachen Worten - je größer es ist, desto schlimmer. Bei geschwollenen Kondoren steigt der ESR.

In der folgenden Tabelle sehen Sie die zulässigen ESR-Werte für unterschiedliche Nennkapazitäten und Spannungen.

Wo und wofür werden angewendet?

Trotzdem werden wir die Frage beantworten, wofür der Kondensator ausgelegt ist. aus praktischer Sicht. Berücksichtigen Sie dazu mehrere Schemata.

Elektrolytkondensatoren werden am häufigsten als bereits erwähnter Filter für Netzwerkwelligkeiten in Netzteilen verwendet. Das folgende Diagramm zeigt, wo der Elektrolyt installiert ist. Je größer die Last ist, desto größer ist die Elektrolytkapazität, um die Welligkeit auszugleichen.

Der nächste Ort, an dem Kondensatoren verwendet werden, sind Hoch- und Tiefpassfilter. Das folgende Diagramm zeigt typische Einschlüsse. So werden in Lautsprechern Bässe, mittlere und hohe Frequenzen entlang der Lautsprecher gezüchtet, ohne dass aktive Komponenten verwendet werden.

Vorschaltgeräte werden häufig zum Laden kleiner Batterien und zum Versorgen von Geräten mit geringem Stromverbrauch wie billigen LED-Lampen, Radios und anderen verwendet. Ein Filmkondensator ist in Reihe mit dem Versorgungsgerät installiert und begrenzt den Strom aufgrund seiner Reaktanz - dies ist das Funktionsprinzip einer so einfachen Schaltung.

Snabber sind Geräte zum Schutz von Halbleiterschaltern und Relaiskontakten vor Schaltlasten. In modernen gepulsten Hochfrequenz-Netzteilen werden Dämpfungsglieder von einem Widerstand und einem Kondensator verwendet, wodurch die Hauptparameter in der Schaltung verbessert und die Belastung der Tasten sowie der Leistungsverlust bei der Erwärmung verringert werden. Das Funktionsprinzip des Dämpfers besteht darin, die Fronten des Wachstums und des Abfalls der Spannung am Schlüssel aufgrund der Verwendung der konstanten Ladezeit der Kapazität zu verlangsamen.

Fazit

Wir haben untersucht, was ein Kondensator ist, wie er aufgebaut ist und welche Funktion er erfüllt. Für eine eingehendere Untersuchung müssen Sie sich mit den Kondensatortypen und ihren praktischen Merkmalen in verschiedenen Schaltkreisen und Anwendungen vertraut machen. So werden beispielsweise in Fällen, in denen eine besondere Genauigkeit in Bezug auf Betrieb und Zuverlässigkeit erforderlich ist, Elektrolyte mit niedrigem ESR oder Tantalelektrolyte verwendet, während es keinen besonderen Unterschied im Filter des Gleichrichters gibt, was zu setzen ist.

Am Ende empfehlen wir, nützliche Videos zum Thema des Artikels anzusehen:

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